(57)【要約】  絶縁層のコンタクトホールを通してＮ型及びＰ型の不純物拡散領域を露出させるように絶縁層に覆われているシリコン基板を成膜チャンバ内に収容する。そして、六フッ化タングステン及びモノシランガスを成膜チャンバ内に供給して、Ｎ型及びＰ型の不純物拡散領域にタングステンからなる薄膜を選択的に形成する。こうした成膜処理の前に、成膜チャンバにモノシランガスを供給してモノシランガスをＮ型及び前記Ｐ型不純物拡散領域に吸着させる。その後、成膜チャンバでのモノシランガスの分圧を上回るように六フッ化タングステンガスを成膜チャンバに供給して、成膜処理を実行する。
2011013811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層に設けられた貫通孔を通してＮ型不純物拡散領域とＰ型不純物拡散領域とを露出させるように前記絶縁層により覆われているシリコン基板を真空チャンバ内に収容し、六フッ化タングステンガス及びモノシランガスを前記真空チャンバに供給して、前記Ｎ型不純物拡散領域と前記Ｐ型不純物拡散領域とにタングステンからなる薄膜を選択的に形成する成膜処理を実行する半導体装置の製造方法において、
前記成膜処理の前に前記真空チャンバに前記モノシランガスを供給して前記モノシランガスを前記Ｎ型不純物拡散領域及び前記Ｐ型不純物拡散領域に吸着させ、その後、前記真空チャンバ内における前記モノシランガスの分圧を上回るように前記六フッ化タングステンガスを前記真空チャンバ供給して、前記成膜処理を実行することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記成膜処理の前に実行される前記真空チャンバへの前記モノシランガス供給処理は、前記貫通孔の底部にある前記Ｎ型不純物拡散領域と前記Ｐ型不純物拡散領域とで前記タングステンからなる薄膜が同じ膜厚となるように実行されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記成膜処理の前に実行される前記真空チャンバへの前記モノシランガス供給処理では、前記モノシランガスを前記真空チャンバへ供給した後、前記モノシランガスの供給を一旦停止してから前記真空チャンバ内を排気することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記成膜処理の前に実行される前記真空チャンバへの前記モノシランガス供給処理では、前記モノシランガスの供給経路から前記モノシランガスを供給し、かつ前記六フッ化タングステンガスの供給経路から不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記成膜処理の前に実行される前記真空チャンバへの前記モノシランガス供給処理では、前記モノシランガスを前記真空チャンバへ供給した後、前記モノシランガスの供給を一旦停止してから前記真空チャンバ内が排気され、前記モノシランガスを排気する際は、前記六フッ化タングステンガスの供給経路及び前記モノシランガスの供給経路の両方から不活性ガスを前記真空チャンバに供給することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記六フッ化タングステンガス及び前記モノシランガスを供給する配管、及び前記真空チャンバの内壁の各温度を、６０℃以上、かつ１５０℃以下に維持することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
シリコン基板を収容可能な真空チャンバであって、前記シリコン基板は、絶縁層に設けられた貫通孔を通してＮ型不純物拡散領域とＰ型不純物拡散領域とを露出させるように前記絶縁層により覆われている真空チャンバと、
前記真空チャンバに六フッ化タングステンガスを供給する第１のガス供給部と、
前記真空チャンバにモノシランガスを供給する第２のガス供給部と、
前記真空チャンバに高周波電場を印加する高周波電源であって、高周波アンテナに高周波電力を供給して前記真空チャンバ内のガスをプラズマ化する高周波電源とを備え、
前記シリコン基板が収容された前記真空チャンバに前記六フッ化タングステンガスと前記モノシランガスとを供給し、前記Ｎ型不純物拡散領域と前記Ｐ型不純物拡散領域とに対しタングステンからなる薄膜を選択的に形成するための成膜処理を実行する半導体装置の製造装置において、
前記成膜処理の前に、前記真空チャンバに前記モノシランガスを供給して前記モノシランガスを前記Ｎ型不純物拡散領域及び前記Ｐ型不純物拡散領域に吸着させ、その後、前記真空チャンバ内における前記モノシランガスの分圧を上回るように前記六フッ化タングステンガスを前記真空チャンバに供給して、前記成膜処理を実行することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項８】
前記成膜処理の前に実行される前記真空チャンバへの前記モノシランガス供給処理は、前記貫通孔の底部にある前記Ｎ型不純物拡散領域と前記Ｐ型不純物拡散領域とで前記タングステンからなる薄膜が同じ膜厚となるように実行されることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項９】
前記成膜処理の前に実行される前記真空チャンバへの前記モノシランガス供給処理では、前記モノシランガスを前記真空チャンバへ供給した後、前記モノシランガスの供給を一旦停止してから前記真空チャンバ内を排気することを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１０】
前記第１のガス供給部は、
六フッ化タングステンガス供給部と、
前記六フッ化タングステンガスの供給経路を通して前記真空チャンバに不活性ガスを供給する第１の不活性ガス供給部とを備え、
前記成膜処理の前に実行される前記真空チャンバへの前記モノシランガス供給処理時では、前記第２のガス供給部から前記モノシランガスを供給し、かつ前記第１のガス供給部の前記第１の不活性ガス供給部から前記不活性ガスを供給することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１１】
前記第２のガス供給部は、
モノシランガス供給部と、
前記モノシランガスの供給経路を通して前記真空チャンバに不活性ガスを供給する第２の不活性ガス供給部とを備え、
前記成膜処理の前に実行される前記真空チャンバへの前記モノシランガス供給処理では、前記モノシランガスを前記真空チャンバへ供給した後、前記モノシランガスの供給を一旦停止してから前記真空チャンバ内が排気され、前記モノシランガスを排気する際は、前記第１のガス供給部の前記第１の不活性ガス供給部及び前記第２のガス供給部の前記第２の不活性ガス供給部の両方から前記不活性ガスを前記真空チャンバに供給することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか一項に記載の半導体装置の製造装置は、更に、前記第１のガス供給部及び前記第２のガス供給部が備える配管、及び前記真空チャンバの内壁の各温度を、６０℃以上、かつ１５０℃以下に維持する温調機構を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法、特に、所望の位置にのみ選択的にタングステンを成膜する選択化学気相成長法（選択ＣＶＤ法）を用いて半導体装置を製造する装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン等の半導体材料からなる基板を備える半導体装置においては、能動素子や受動素子等の複数の構成要素が、絶縁膜に挟まれた状態で基板上に積層されている。複数の構成要素を電気的に接続するため、絶縁膜には、複数の貫通孔が、各構成要素間を結ぶように形成されている。特に、基板に設けられた能動素子とその基板上に積層された多層配線との間には、能動素子と多層配線とを電気的に接続するためのコンタクトホールが設けられている。例えば、能動素子であるＮ型ＭＯＳトランジスタとＰ型ＭＯＳトランジスタとが同じシリコン基板の表面に形成されたＣＭＯＳ（相補的ＭＯＳ）構造の場合、基板上に積層される絶縁層には、コンタクトホールが、Ｎ型ＭＯＳトランジスタのソース電極及びドレイン電極として形成されるＮ型不純物拡散領域（Ｎ＋領域）と、Ｐ型ＭＯＳトランジスタのソース電極及びドレイン電極として形成されるＰ型不純物拡散領域（Ｐ＋領域）とを露出させるように形成される。コンタクトホールには、タングステン（Ｗ）等の金属材料が埋め込まれる。埋め込まれた金属材料は、能動素子と配線とを電気的に接続する配線として機能する。近年、素子間の好ましくない相互作用である寄生効果を抑制でき、熱に対する高い安定性を有するとの観点から、配線材料としてタングステンが広く用いられている。【０００３】
配線の形成方法として、従来からブランケットＣＶＤ法が広く用いられている。ブランケットＣＶＤ法では、コンタクトホールが形成された絶縁層の全面に、配線材料を成長させるためのグルー層として窒化チタン（ＴｉＮ）膜が成膜される。そして、グルー層の全面に、配線材料、例えばタングステンからなる薄膜が形成される。その後、不要な部位の配線材料が除去される。このように、ブランケットＣＶＤ法では、絶縁層の全面にタングステンの薄膜を形成するため、コンタクトホールの開口周縁にタングステン膜が成長してその開口面積を狭める、いわゆるオーバーハングが生じる。オーバーハングが生じると、コンタクトホールの内部に進入できるタングステンの量が制限されるため、コンタクトホールの埋め込みが不十分となる。こうしたコンタクトホールの埋め込み不良は、コンタクトホールの直径が小さくなるほど、特に４０ｎｍ以下であるときに顕著になる。また、ブランケットＣＶＤ法では、成膜後の除去工程が必須であるため、その分、半導体装置の製造工数が増えると共に、除去される材料により製造コストが上昇する。【０００４】
このため、近年、配線材料からなる薄膜をコンタクトホールなどの部位にのみ形成する技術として、製造工数の削減と製造コストの低減とを両立できる選択ＣＶＤ法が実施されている。（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２９０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＣＭＯＳ構造を備える基板のコンタクトホールにタングステンからなる薄膜を選択的に形成する方法として、真空のチャンバ内に六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスとモノシラン（ＳｉＨ４）ガスとを供給してタングステン薄膜を形成するＳｉＨ４還元法が知られている。しかしながら、六フッ化タングステンガスとモノシランガスとを同時に真空チャンバに供給すると、成膜処理の初期段階にてタングステンの核成長が生じ難くなる。このため、タングステンの成膜反応がその初期段階で律速し、半導体装置の生産処理を停滞させる。【０００７】
タングステンの選択ＣＶＤ法では、成膜開始時における核成長を改善するため、モノシランガスを供給する前に六フッ化タングステンガスを供給することが検討されている。この方法では、反応性の高いモノシランガスを供給する前に、コンタクトホールの底部であるＮ＋領域又はＰ＋領域に六フッ化タングステン分子が吸着する。そして、六フッ化タングステン分子がシリコン基板により還元される。これにより、タングステン薄膜の核成長が促進し、初期段階の成膜速度が高くなる。こうした核成長の促進作用は、コンタクトホールの底部にあるシリコン基板のケイ素とシリコン基板の表面に吸着した六フッ化タングステンとの間で進行する下記の反応が進行することにより発現される。しかしながら、六フッ化タングステンを先に供給するプロセスフローでは、タングステンの初期成長が促進される一方で、シリコン基板、詳しくは、ソース・ドレイン領域を構成するケイ素が侵食される虞がある。【０００８】
２ＷＦ６  ＋  ３Ｓｉ  →  ２Ｗ  ＋  ３ＳｉＦ４
本発明の目的は、Ｎ型不純物拡散領域とＰ型不純物拡散領域とが形成されたシリコン基板において、不純物拡散領域のケイ素が侵食されることなくタングステンの薄膜を形成することの可能な半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の第一の態様によれば、絶縁層に設けられた貫通孔を通してＮ型不純物拡散領域とＰ型不純物拡散領域とを露出させるように絶縁層により覆われているシリコン基板を真空チャンバ内に収容し、六フッ化タングステンガス及びモノシランガスを真空チャンバに供給して、Ｎ型不純物拡散領域とＰ型不純物拡散領域とにタングステンからなる薄膜を選択的に形成する成膜処理を実行する半導体装置の製造方法が提供される。【００１０】
この製造方法では、成膜処理の前に真空チャンバにモノシランガスを供給してモノシランガスをＮ型不純物拡散領域及びＰ型不純物拡散領域に吸着させ、その後、真空チャンバ内におけるモノシランガスの分圧を上回るように六フッ化タングステンガスを真空チャンバ供給して、成膜処理を実行する。【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の第二の態様によれば、シリコン基板を収容可能な真空チャンバであって、シリコン基板は、絶縁層に設けられた貫通孔を通してＮ型不純物拡散領域とＰ型不純物拡散領域とを露出させるように絶縁層により覆われている真空チャンバと、真空チャンバに六フッ化タングステンガスを供給する第１のガス供給部と、真空チャンバにモノシランガスを供給する第２のガス供給部と、真空チャンバに高周波電場を印加する高周波電源であって、高周波アンテナに高周波電力を供給して真空チャンバ内のガスをプラズマ化する高周波電源とを備え、シリコン基板が収容された真空チャンバに六フッ化タングステンガスとモノシランガスとを供給し、Ｎ型不純物拡散領域とＰ型不純物拡散領域とに対しタングステンからなる薄膜を選択的に形成するための成膜処理を実行する半導体装置の製造装置が提供される。【００１２】
この製造装置では、成膜処理の前に、真空チャンバにモノシランガスを供給してモノシランガスをＮ型不純物拡散領域及びＰ型不純物拡散領域に吸着させ、その後、真空チャンバ内におけるモノシランガスの分圧を上回るように六フッ化タングステンガスを真空チャンバに供給して、成膜処理を実行する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態における半導体装置の製造装置を示す上面図。
【図２】成膜チャンバを示す部分断面図。
【図３】成膜チャンバにガスを供給するタイミングを示すタイミングチャート。
【図４】本発明の第２実施形態におけるガスを供給するタイミング、及び成膜チャンバ内での分圧を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１実施形態］
以下、本発明の半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を具体化した第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１５】
図１に示すように、半導体装置の製造装置には、シリコン基板を導入したり取り出したりするための一対の搬入・搬出口１１ａ，１１ｂが隣り合って設けられている。各搬入・搬出口１１ａ，１１ｂに隣接する位置には、前処理チャンバ１２ａ，１２ｂが設けられている。前処理チャンバ１２ａ，１２ｂでは、シリコン基板にタングステン薄膜を形成する前の処理として、シリコン基板の表面が洗浄される。また、前処理チャンバ１２ａ，１２ｂに隣接する位置には、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂが設けられている。成膜チャンバ１３ａ，１３ｂでは、シリコン基板にタングステン薄膜を形成する成膜処理が実行される。成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ間には、熱処理チャンバ１４が設けられている。熱処理チャンバ１４では、前処理したシリコン基板に所定の熱を加える熱処理が実行される。半導体装置の製造装置では、一対の搬入・搬出口１１ａ，１１ｂと５つのチャンバ１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４とが環状をなしている。
【００１６】
製造装置の中央には、２つの搬入・搬出口１１ａ，１１ｂ及び５つのチャンバ１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４のいずれかから次の工程へとシリコン基板を移動する際に通過するトランスファチャンバ１５が設けられている。
【００１７】
半導体装置を製造する際、まず、成膜処理の対象となるシリコン基板が、搬入・搬出口１１ａ，１１ｂから製造装置内に導入される。搬入・搬出口１１ａ，１１ｂは、導入された基板に対して同じ機能を有している。以下、搬入・搬出口１１ａからシリコン基板を導入する場合について説明する。シリコン基板は、能動素子であるＮ型ＭＯＳトランジスタとＰ型ＭＯＳトランジスタとが同一面上に形成されたＣＭＯＳ（相補的ＭＯＳ）構造を備える。ＣＭＯＳ構造を備えるシリコン基板には、Ｎ型ＭＯＳトランジスタのソース電極及びドレイン電極として形成されたＮ型不純物拡散領域（Ｎ＋領域）と、Ｐ型ＭＯＳトランジスタのソース電極及びドレイン電極として形成されたＰ型不純物拡散領域（Ｐ＋領域）とが形成される。シリコン基板に積層された絶縁層には、コンタクトホールが、Ｎ型不純物拡散領域及びＰ型不純物拡散領域を露出させるように形成されている。
【００１８】
シリコン基板は、搬入・搬出口１１ａに導入された後、まず、トランスファチャンバ１５を介して、前処理チャンバ１２ａへと搬送される。前処理チャンバ１２ａでは、例えば、絶縁層に設けられたコンタクトホールの底部にあるシリコン基板の表面から、大気中の酸素等との反応物である酸化物層が除去される。シリコン基板は、前処理チャンバ１２ａにて前処理された後、トランスファチャンバ１５を介して、熱処理チャンバ１４へと搬送される。熱処理チャンバ１４では、タングステンからなる薄膜と下地との界面における抵抗を低くするため、上記の前処理により露出した下地に対して熱処理が実行される。シリコン基板は、熱処理された後、トランスファチャンバ１５を介して、成膜チャンバ１３ａへと搬送される。成膜チャンバ１３ａ内では、シリコン基板に設けられたコンタクトホール、即ち、他の部位よりも導電性が高い部位に対し選択的にタングステン薄膜を形成するため、選択ＣＶＤによる成膜処理が実行される。
【００１９】
シリコン基板は、成膜処理された後、トランスファチャンバ１５を介し搬入・搬出口１１ａに搬送されてから、製造装置外へと搬出される。搬入・搬出口１１ｂから製造装置に搬入された場合、シリコン基板は、搬入・搬出口１１ａから搬入された場合と同様、前処理チャンバ１２ｂによる前処理、熱処理チャンバ１４による熱処理、及び成膜チャンバ１３ｂによる成膜処理が順に施された後、搬入・搬出口１１ｂから製造装置外へと搬出される。
【００２０】
次に、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂの構成、及び成膜チャンバ１３ａ，１３ｂにより実行される成膜処理について、図２及び図３を参照して説明する。
図２に示すように、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂは、真空槽２１を備えている。真空層２１内には、シリコン基板Ｓが載置される基板ステージ２２が設けられている。真空槽２１には、原料ガスである六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガス及びモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを供給するための原料ガスポートＰ１が設けられている。原料ガスポートＰ１の下方には、原料ガスポートＰ１から供給されたガスを真空槽２１内に均一に拡散するためのシャワーヘッド２３が設けられている。
【００２１】
原料ガスポートＰ１には１つの配管が連結され、この配管は、モノシランガス用配管と、六フッ化タングステンガス用配管とに分岐している。モノシランガス用配管及び六フッ化タングステンガス用配管には、ガスの流量を調量するための流量制御部ＭＦＣ１，ＭＦＣ３がそれぞれ設けられている。流量制御部ＭＦＣ１，ＭＦＣ３は、成膜処理及びクリーニング処理に使用されるガスの流量制御を実行する。クリーニング処理では、成膜処理により真空槽２１内の壁や基板ステージ２２等の部材に付着したタングステン薄膜が、クリーニングガスであるフッ素ガスによって除去される。
【００２２】
不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスをモノシランガス用配管内へ導入するための不活性ガス用配管が、モノシランガス用配管の流量制御部ＭＦＣ１よりも下流側から分岐している。また、不活性ガスであるアルゴンガスを六フッ化タングステンガス用配管へ導入するための不活性ガス用配管が、六フッ化タングステンガス用配管の流量制御部ＭＦＣ３よりも下流側から分岐している。上記の各不活性ガス用配管には、アルゴンガスの流量を調量するための流量制御部ＭＦＣ２，ＭＦＣ４がそれぞれ設けられている。流量制御部ＭＦＣ２，ＭＦＣ４は、成膜処理及びクリーニング処理に使用される不活性ガスの流量制御を実行する。本実施形態において、流量制御部ＭＦＣ２とこれに接続される不活性ガス用配管とが第２の不活性ガス供給部を構成する。流量制御部ＭＦＣ４とこれに接続される不活性ガス用配管とが第１の不活性ガス供給部を構成する。モノシランガス用配管と流量制御部ＭＦＣ１とがモノシランガス供給部を構成する。モノシランガス供給部と第２の不活性ガス供給部とが第２のガス供給部を構成する。六フッ化タングステンガス用配管と流量制御部ＭＦＣ３とが六フッ化タングステンガス供給部を構成する。また、六フッ化タングステンガス供給部と第１の不活性ガス供給部とが第１のガス供給部を構成する。
【００２３】
基板ステージ２２には、高周波電場を真空槽２１内に印加するための高周波電源２４が接続されている。高周波電場によって、真空槽２１内に導入されたガスがプラズマ化する。真空槽２１には、クリーニングガスを導入するクリーニングガスポートＰ２が設けられている。真空槽２１では、原料ガスを用いた成膜処理とクリーニング処理とが交互に繰り返される。クリーニングガスポートＰ２には、クリーニングガスであるフッ素（Ｆ２）ガスと不活性ガスであるアルゴンガスとを同時に真空槽２１に供給するためのクリーニングガス配管が連結されている。クリーニングガス配管には、流量制御部ＭＦＣ５が設けられている。
【００２４】
真空槽２１には、排気ポートＰ３を介してターボポンプ２５が連結されている。ターボポンプ２５が駆動すると、真空槽２１の内圧は、成膜処理又はクリーニング処理に適した圧力に減圧される。真空槽２１、各種ガスが流通する配管類、及び基板ステージ２２には、真空槽２１の内壁、配管類、及びシリコン基板Ｓの温度を所定の温度に維持するための温調機構がそれぞれ設けられている。
【００２５】
シリコン基板Ｓは、前処理チャンバ１２ａ，１２ｂでの前処理、熱処理チャンバ１４での熱処理を経てから、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ内に搬入される。そして、シリコン基板Ｓは、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ内の基板ステージ２２に載置された状態で、基板ステージ２２に設けられた温調機構により所定の温度に加熱される。その後、六フッ化タングステンガス及びモノシランガスが、シャワーヘッド２３から均一に拡散して真空槽２１内へと供給される。以下の反応式で示される六フッ化タングステンのモノシランによる還元反応は、シリコン基板Ｓ上において相対的に導電性の高い部位にて進行する。即ち、選択ＣＶＤ法による成膜が実行される。
・２ＷＦ６  ＋  ３ＳｉＨ４  →  ２Ｗ  ＋  ３ＳｉＦ４  ＋  ３Ｈ２あるいは、
・ＷＦ６  ＋  ２ＳｉＨ４  →  Ｗ  ＋２ＳｉＨＦ３  ＋  ３Ｈ２
シリコン基板Ｓにおいて相対的に導電性の高い部位は、コンタクトホールの底部にある不純物拡散領域であり、この部位に対し選択的にタングステン薄膜が形成される。
【００２６】
複数のシリコン基板Ｓに対して上記の成膜処理が実行されると、クリーニングガス用配管からフッ素ガスとアルゴンガスとが真空槽２１に供給されると共に高周波電源２４による高周波電場が真空槽２１内で生成されて、クリーニング処理が実行される。このとき、真空槽２１の内壁に付着したタングステン薄膜がフッ素ガスを用いたプラズマと反応し、六フッ化タングステン、トリフルオロシラン（ＳｉＨＦ３）、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ４）、又はフッ化水素（ＨＦ）等のフッ化物が生成される。そして、生成されたフッ化物が、アルゴンガスと共に真空槽２１内から除去される。
【００２７】
ところで、六フッ化タングステンガスとモノシランガスとが供給されると、成膜処理の初期段階にてタングステンの核成長は生じ難くなる。このため、タングステンの成膜反応がその初期段階で律速してしまう。これに対して、モノシランガスを供給する前に六フッ化タングステンガスを供給している状態から成膜処理を開始すると、タングステン薄膜の核成長が促進されて、成膜初期の成長速度は高くなる。しかしながら、こうした促進作用は、シリコン基板Ｓにおける不純物拡散領域表面のケイ素とシリコン基板Ｓの表面に吸着した六フッ化タングステンガスとの間で進行する以下の反応による。このため、ＣＭＯＳ構造のソース領域及びドレイン領域である不純物拡散領域のケイ素が侵食される虞がある。
・２ＷＦ６  ＋  ３Ｓｉ  →  ２Ｗ  ＋  ３ＳｉＦ４
この場合、シリコン基板Ｓの表面では、相対的に電子密度が高い領域からタングステン薄膜の成長が優先的に進行する。このため、Ｎ型不純物拡散領域におけるタングステンの成長速度とＰ型不純物拡散領域におけるタングステンの成長速度との間に大きな差が発生する。具体的には、Ｐ型不純物拡散領域における電子密度よりもＮ型不純物拡散領域における電子密度が高く、その結果、Ｎ型不純物拡散領域における膜厚は、Ｐ型不純物拡散領域における膜厚よりも大幅に高くなる。つまり、ＣＭＯＳ構造を有するシリコン基板Ｓにおいては、コンタクトホールの底部にある不純物拡散領域がＮ型であるかＰ型であるかによって、タングステン薄膜の成長速度が異なり、結果として、コンタクトホール間でタングステン薄膜の厚さに大きなばらつきが生じる。
【００２８】
本実施形態では、不純物拡散領域でのケイ素の侵食やコンタクトホール間でのタングステン薄膜の厚さのばらつきを抑制すべく、六フッ化タングステンガス及びモノシランガスの両方を成膜チャンバ１３ａ，１３ｂに供給する成膜処理を実行する前に、六フッ化タングステンガスよりも先にモノシランガスが成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ内に供給される。
【００２９】
以下に、ＣＭＯＳ構造を有するシリコン基板Ｓに対し実行されるモノシランガスの供給処理及び成膜処理の実行タイミング、及びそれらの処理条件について図３を参照して説明する。
【００３０】
図３は、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂにて実行されるモノシランガス供給処理時、及び成膜処理時における各種ガスの供給時間、及び成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ内の各種ガスの分圧を示す。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス、六フッ化タングステンガス（ＷＦ６）、六フッ化タングステン用配管へのアルゴン（Ａｒ）ガスの供給時間、及び成膜チャンバ内でのモノシランガス及び六フッ化タングステンガスの各分圧をそれぞれ示す。
【００３１】
図３に示すように、タイミングｔ１〜タイミングｔ２に渡り、真空槽２１内にモノシランガスとアルゴンガスとが供給される。モノシランガスは、絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して露出するＮ型不純物拡散領域及びＰ型不純物拡散領域に吸着する。モノシランガス供給処理では、例えば、モノシランガスの流量を５．９×１０３Ｐａｍ３／ｓ(１０ｓｃｃｍ)、アルゴンガスの流量を１１．８×１０３Ｐａｍ３／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、及び真空槽２１の内圧を０．４Ｐａに設定して、１５秒間維持する。
【００３２】
その後、タイミングｔ２〜タイミングｔ３に渡り、モノシランガス供給処理から連続してモノシランガスが供給されると共に、六フッ化タングステンガスが供給される。これにより、成膜処理が開始されて、シリコン基板Ｓのコンタクトホールにタングステン薄膜が形成される。その間、コンタクトホールを通して露出したＮ型不純物拡散領域及びＰ型不純物拡散領域を構成するケイ素は、モノシランガスにより覆われている。つまり、モノシランガス供給処理が先行して実施されるため、不純物拡散領域に吸着したモノシランガスのケイ素が、不純物拡散領域を構成するケイ素よりも優先的に六フッ化タングステンガスと反応する。その結果、不純物拡散領域を構成するケイ素の侵食が抑制される。この成膜処理では、例えば、モノシランガスの流量を５．９×１０３Ｐａｍ３／ｓ（１０ｓｃｃｍ）、六フッ化タングステンガスの流量を１１．８×１０３Ｐａｍ３／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、及び真空槽２１の内圧を０．４Ｐａに維持しつつ、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ内での六フッ化タングステンガスの分圧がモノシランガスの分圧よりも高くなるように、六フッ化タングステンガス及びモノシランガスが真空槽２１内に供給される。
【００３３】
本願発明者は、タイミングｔ１〜タイミングｔ２に渡りモノシランガス供給処理を上記の条件で実行した場合、電子密度の異なるＮ型不純物拡散領域とＰ型不純物拡散領域とでタングステン薄膜の厚さが同一となることを確認した。このことから、モノシランガス供給に係る条件は、Ｎ型不純物拡散領域及びＰ型不純物拡散領域に不足なくモノシランを吸着させるための条件であると言える。即ち、タングステン薄膜形成時の初期段階では、真空槽２１内に供給された六フッ化タングステンガスと、六フッ化タングステンガスよりも先に真空槽２１に供給されて不純物拡散領域に吸着したモノシランとが成膜反応に寄与したと言える。モノシランガスの供給量として、各種の条件から得たタングステンの膜厚とモノシランガスの供給量との関係から導き出した実測値が適用される。この他、各種の数値計算から導き出した推定値を適用してもよい。いずれの場合も、不純物拡散領域が侵食されたか否かを測定する場合に比べて、こうした侵食をより簡便に把握することができる。
【００３４】
また、本願発明者は、Ｎ型不純物拡散領域とＰ型不純物拡散領域との双方で成膜速度が３０ｎｍ／分であることも確認した。このため、所望の膜厚に応じて成膜時間を選択するのみで、Ｎ型不純物拡散領域とＰ型不純物拡散領域との双方で所望の膜厚を有するタングステン薄膜が得られる。
【００３５】
このように、成膜処理前においてＮ型不純物拡散領域及びＰ型不純物拡散領域にモノシランを吸着させることで、成膜処理時に両不純物拡散領域のケイ素の侵食を抑制できる。成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ内での六フッ化タングステンガスの分圧がモノシランガスの分圧を上回る場合、成膜初期における六フッ化タングステンガスの濃度がモノシランガスの濃度よりも高くなる。このため、不純物拡散領域への侵食が発生し易くなることから、上述したようなモノシランガス供給処理を実施することにより、不純物拡散領域のケイ素に対する侵食抑制効果がより顕著になる。
【００３６】
こうした一連の処理は、トリフルオロシラン（ＳｉＨＦ３）、ヘキサフルオロケイ酸（ＳｉＨ２Ｆ６）等、ＳｉＨｘＦｙという化学式で表されるタングステン以外の反応生成物やガス成分の部材への吸着を抑制するため、真空槽２１の内壁や各種ガスを供給する配管の温度を８０℃に維持するように、真空槽２１及び配管が温調機構により加熱される。また、基板ステージ２２に載置された基板Ｓの温度を２８０℃に維持するように、基板ステージ２２が温調機構によりそれぞれ加熱される。
【００３７】
第１実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）Ｎ型不純物拡散領域及びＰ型不純物拡散領域にタングステンからなる薄膜を形成する成膜処理の前に、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂにモノシランガスが供給される。即ち、モノシランガス供給処理に続く成膜処理時には、Ｎ型不純物拡散領域及びＰ型不純物拡散領域を構成するケイ素にモノシランガスが吸着している。そして、Ｎ型及びＰ型不純物拡散領域に吸着したモノシランの一部は分解してシリルラジカル（ＳｉＨ３）になると推測される。即ち、加熱されたアルミニウムやニッケル等の金属膜上ではモノシランが分解し、シリコン基板上でも同じような現象が生じるものと推測される。また、シリルラジカルは反応性が高く、六フッ化タングステンと反応し易いため、タングステン膜が容易に形成される。一方、絶縁膜上のモノシランは解離せずにモノシラン分子の状態で吸着している。このため、シリルラジカルと比較して、六フッ化タングステンとの反応性に乏しい。また、モノシラン分子は絶縁膜上からの脱離も速いため、絶縁膜上ではタングステン膜が形成され難い。
【００３８】
また、成膜処理を実行する際は、真空チャンバ内での六フッ化タングステンガスの分圧がモノシランガスの分圧を上回るように、六フッ化タングステンガス及びモノシランガスが供給される。この場合、Ｎ型不純物拡散領域又はＰ型不純物拡散領域を構成するケイ素がモノシランガスにより覆われるため、Ｎ型不純物拡散領域又はＰ型不純物拡散領域を構成するケイ素よりも優先的に、モノシランガスのケイ素が六フッ化タングステンガスと反応する。このため、不純物拡散領域を構成するケイ素の侵食が抑制される。
【００３９】
なお、真空チャンバ内での六フッ化タングステンガスの分圧がモノシランガスの分圧を上回るように六フッ化タングステンガス及びモノシランガスを供給する場合、成膜初期における六フッ化タングステンガスの濃度がモノシランガスの濃度よりも高くなる。よって、不純物拡散領域への侵食が発生し易くなる。その点、上記のようなモノシランガス供給処理を実行することにより、不純物拡散領域のケイ素に対する侵食抑制効果がより顕著になる。
【００４０】
（２）Ｎ型半導体領域における自由電子密度は、Ｐ型不純物拡散領域における自由電子密度よりも高くなっている。成膜処理時に、タングステン薄膜は、シリコン基板上の他の部位よりも電子密度の高い部位にて優先的に成長する。そのため、Ｐ型不純物拡散領域よりもＮ型不純物拡散領域においてタングステン薄膜の成長速度は高く、２つの不純物拡散領域間でタングステン薄膜の膜厚に差が生じ易い。そこで、成膜処理の前にモノシランガスを供給すれば、２つの不純物拡散領域に吸着したモノシランと六フッ化タングステンガスとが反応するため、両不純物拡散領域間でのタングステン薄膜の成長速度の差は緩和される。しかしながら、不純物拡散領域の全体に渡りモノシランが十分に吸着されなければ、不純物のタイプが成長反応に影響を及ぼすため、その結果、成長速度に差が生じる。このような成長速度の差は、Ｎ型不純物拡散領域及びＰ型不純物拡散領域に対するモノシランガスの吸着が十分であるか否か、つまりシリコン基板を構成するケイ素が侵食されているか否かを示す指標である。
【００４１】
その点、本発明によれば、モノシランガスの供給条件が、Ｎ型不純物拡散領域とＰ型不純物拡散領域とに形成されるタングステンの膜厚を同一にすべく設定されている。これにより、両不純物拡散領域間で薄膜の差を小さくすると共に、両不純物拡散領域におけるケイ素の侵食をより確実に抑制できる。また、不純物拡散領域が侵食されたか否かを直接測定する場合に比べて、こうした侵食を簡便に把握することができる。
【００４２】
（３）モノシラン供給処理時に、六フッ化タングステンガス用配管から六フッ化タングステンガスを供給しない場合、モノシランガスが六フッ化タングステンガス用配管内に逆流する虞がある。これにより、逆流したモノシランガスと六フッ化タングステンガス用配管内に残存する六フッ化タングステンガスとが反応し、六フッ化タングステンガス用配管内に反応生成物が吸着する虞がある。この場合、成膜処理時に、六フッ化タングステンガス用配管から六フッ化タングステンガスと共に反応生成物が真空槽２１内に供給されて、シリコン基板Ｓの絶縁膜上に反応生成物が付着し、半導体装置の歩留まりが低下する虞がある。
【００４３】
その点、本発明によれば、モノシランガス供給処理時に、モノシランガス用配管からモノシランガスが供給されると同時に、六フッ化タングステンガス用配管から不活性ガスも供給される。これにより、六フッ化タングステンガス用配管へのモノシランガスの逆流が抑制されるため、配管中の六フッ化タングステンガスとモノシランガスとの反応を回避でき、六フッ化タングステン用配管の内壁に反応生成物が付着することを抑制できる。即ち、成膜処理時に、反応生成物が六フッ化タングステンガスと共に真空槽２１内に供給されてシリコン基板Ｓに付着することを抑制でき、半導体装置の歩留まりの低下を抑制できる。
【００４４】
（４）成膜処理時には、モノシランによって六フッ化タングステンが還元されて、タングステンからなる薄膜が形成される。しかしながら、六フッ化タングステンガスとモノシランガスとの反応生成物には、タングステン以外にも、トリフルオロシラン（ＳｉＨＦ３）やヘキサフルオロケイ酸（ＳｉＨ２Ｆ６）等のＳｉＨｘＦｙという化学式で表される化合物も含まれる。こうした化合物は、モノシランガス用配管や六フッ化タングステンガス用配管及び真空槽２１の内壁に付着し、成膜処理中に配管や真空槽の内壁から脱離することがある。そして、脱離した化合物がシリコン基板Ｓの絶縁膜上等、タングステン薄膜が成膜されない部位に付着し、六フッ化タングステンと還元反応することで、タングステン薄膜が形成される虞がある。
【００４５】
その点、本発明によれば、六フッ化タングステンガス用配管、モノシランガス用配管、クリーニングガス用配管及び真空槽２１の内壁の温度を８０℃に維持することにより、温度が低いことに起因して六フッ化タングステンガスとモノシランガスとの反応性生物であるＳｉＨｘＦｙが上記各配管や真空槽２１の内壁に付着することを抑制できる。また、温度が高いことに起因してＳｉＨｘＦｙの熱分解生成物が発生することも抑制できる。なお、配管や真空槽２１の内壁の温度は、６０℃以上且つ１５０℃以下の範囲に設定され、好ましくは、８０℃程度に設定される。
［第２実施形態］
第１実施形態では、成膜処理を実行する前に、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂの真空槽２１にモノシランガスが供給される。第２実施形態では、モノシランガス供給処理の後に、真空槽２１内の余剰のケイ素を除去するため、排気処理が実行される。余剰のケイ素は、成膜処理において選択性の破れの要因となるケイ素であり、即ち、モノシランガス供給処理の後に真空槽２１内や絶縁層上に滞在するモノシラン又はそれに由来する化合物を構成する元素である。
【００４６】
第２実施形態は、図３に示す一連の処理に代えて、図４に示すモノシランガス供給処理、排気処理、及び成膜処理からなる一連の処理が実行される。以下に、モノシランガス供給処理、排気処理、成膜処理及びそれらの条件について図４を参照して説明する。
【００４７】
図４は、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂにて実行されるモノシランガス供給処理時、排気処理時、及び成膜処理時における各種ガスの供給時間、及び成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ内の各種ガスの分圧を示す。図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス、モノシランガス用配管へのアルゴン（Ａｒ）ガス、六フッ化タングステンガス（ＷＦ６）、六フッ化タングステン用配管へのアルゴンガスの供給時間、及び成膜チャンバ内でのモノシランガス及び六フッ化タングステンガスの各分圧をそれぞれ示す。
【００４８】
図４に示すように、タイミングｔ１〜タイミングｔ２に渡り、真空槽２１内に、モノシランガス用配管からモノシランガスと、六フッ化タングステンガス用配管からアルゴンガスとが供給される。モノシランガスは、絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して露出するＮ型不純物拡散領域及びＰ型不純物拡散領域に吸着する。モノシランガス供給処理では、例えば、モノシランガスの流量を５．９×１０３Ｐａｍ３／ｓ（１０ｓｃｃｍ）、アルゴンガスの流量を１１．８×１０３Ｐａｍ３／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、及び真空槽２１の内圧を０．４Ｐａに設定して、１５秒間維持される。
【００４９】
その後、タイミングｔ２〜タイミングｔ３に渡り、真空槽２１内の余剰のケイ素を除去するため、２つの不活性ガス用配管からアルゴンガスが供給されて、排気処理が実行される。モノシランガスやそれに由来する化合物が絶縁層上や真空槽２１内に滞在する場合、モノシランガスやそれに由来する化合物を構成するケイ素がタングステン薄膜の核形成に寄与し得る。このため、タングステン薄膜の選択的な形成が阻害される虞がある。これに関し、上記の排気処理を実行すれば、成膜処理前に、モノシランガス供給処理で発生した余剰のモノシランガスやそれに由来の化合物が排気される。このことから、成膜処理時における選択性を維持できると共に不純物拡散領域における侵食を抑制できる。排気処理では、例えば、モノシランガス用配管及び六フッ化タングステンガス用配管から供給されるアルゴンガスの流量を８．９×１０３Ｐａｍ３／ｓ（１５ｓｃｃｍ）、及び真空槽２１の内圧を０．４Ｐａに設定して、１秒間維持される。
【００５０】
そして、タイミングｔ３〜タイミングｔ４に渡り、六フッ化タングステンガスとモノシランガスとが真空槽２１に供給される。これにより、成膜処理が開始されて、シリコン基板のコンタクトホールにタングステン薄膜が形成される。この成膜処理では、例えば、モノシランガスの流量を５．９×１０３Ｐａｍ３／ｓ（１０ｓｃｃｍ）、六フッ化タングステンガスの流量を１１．８×１０３Ｐａｍ３／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、及び真空槽２１の内圧を０．４Ｐａに維持しつつ、成膜チャンバ１３ａ，１３ｂ内での六フッ化タングステンガスの分圧がモノシランガスの分圧よりも高くなるように、六フッ化タングステンガス及びモノシランガスが真空槽２１内に供給される。
【００５１】
第２実施形態においても、第１実施形態と同一条件で成膜処理の前にモノシランガス供給処理が実行される。このため、コンタクトホールから露出したＮ型不純物拡散領域及びＰ型不純物拡散領域には、モノシランガスが十分に吸着される。また、各種ガス用配管や真空槽２１の内壁又はシリコン基板Ｓの各温度も、第１実施形態と同じである。
【００５２】
第２実施形態では、成膜処理前にＮ型不純物拡散領域及びＰ型不純物拡散領域にモノシランを吸着させた後、余剰のモノシラン等を除去するため、排気処理が行われる。これにより、成膜処理時に両不純物拡散領域におけるケイ素の侵食を抑制すると共に、排気処理によって余剰のケイ素が除去される。このため、成膜処理の初期から真空槽２１の内部を成膜処理に適した条件に設定することができる。ケイ素の侵食抑制効果は、真空層２１内での六フッ化タングステンガスの分圧がモノシランガスの分圧よりも上回る場合、上記の成膜処理を実施すれば、より顕著になる。
【００５３】
第２実施形態によれば、第１実施形態により得られる効果に加えて、以下の効果を奏することができる
（５）モノシランガス供給処理時に、モノシランガスを真空槽２１に供給した後、モノシランガスの供給を一旦停止してから、真空槽２１内を排気する。これにより、余剰モノシランガスやそれに由来の化合物を成膜処理前に排気することができる。このため、成膜処理時における選択性を維持しつつ、不純物拡散領域におけるケイ素の侵食を抑制できる。よって、成膜処理の初期から、真空槽２１の内部を成膜処理に適した条件に設定することができる。
【００５４】
（６）排気処理時には、モノシランガス用配管及び六フッ化タングステン用配管の両方から真空槽２１にアルゴンガスが供給される。これにより、排気処理時に供給されるアルゴンガスの量を十分に確保できる。
【００５５】
（７）モノシランガス用配管及び六フッ化タングステンガス用配管の両方からアルゴンガスを供給することにより、両配管のいずれか一方に不具合が生じても、正常な配管からアルゴンガスを供給することができる。よって、信頼性の高い製造装置、及び信頼性の高い半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００５６】
上記の各実施形態を以下のように変更してもよい。
・１枚のシリコン基板Ｓを成膜処理する毎に、クリーニング処理を実行してもよい。
・クリーニングガスとして、フッ素ガス以外に、六フッ化ケイ素（ＳｉＦ６）、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス、三フッ化塩素（ＣｌＦ３）を上記クリーニングガスを用いてもよい。
【００５７】
・排気処理時に真空槽２１内に供給される不活性ガス、及びクリーニングガスと同時に供給される不活性ガスとして、アルゴンガス以外に、窒素（Ｎ２）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガスを用いてもよい。
【００５８】
・成膜処理、モノシランガス供給処理及び排気処理に渡り、各種配管及び成膜チャンバ１３ａ，１３ｂの内壁の各温度を維持する温度は、６０℃以上且つ１５０℃以下に維持すればよい。
【００５９】
・排気処理時に、六フッ化タングステンガス用配管に連結される不活性ガス用配管と、モノシランガス用配管に連結される不活性ガス用配管とから不活性ガスを供給したが、六フッ化タングステンガス用配管の不活性ガス用配管のみから不活性ガスを供給しても、（５）の効果を得ることができる。
【００６０】
・六フッ化タングステンガス用配管に連結される不活性ガス用配管と、モノシランガス用配管に連結される不活性ガス用配管とを備えていたが、六フッ化タングステンガス用配管に連結される不活性ガス用配管のみを備えてもよい。この場合であっても、（１）〜（５）の効果を得ることができる。
【００６１】
・モノシランガス供給処理時の条件は、Ｎ型不純物拡散領域におけるングステン薄膜の膜厚がＰ型不純物拡散領域の膜厚よりも厚くなるような条件であってもよい。即ち、モノシランガスのケイ素が不純物拡散領域の全体に吸着していなくても、不純物拡散領域におけるケイ素の侵食を抑制することはできる。
【００６２】
・半導体装置の製造装置は、搬入・搬出口１１ａ，１１ｂ、前処理チャンバ１２ａ，１２ｂ、及び成膜チャンバ１３ａ，１３ｂをそれぞれ２つずつ備えていたが、搬入・搬出口、前処理チャンバ、成膜チャンバを１つずつ備えてもよい。また、各種チャンバ及び搬入・搬出口の数を任意に設定してもよい。
【００６３】
・半導体装置の製造装置は、成膜チャンバの他に、前処理チャンバ、熱処理チャンバ、及びトランスファチャンバを備えていたが、搬入・搬出口及び成膜チャンバのみを備えてもよく、成膜チャンバに搬入・搬出口を設けてもよい。この場合であっても、（１）〜（７）の効果を得ることができる。
【００６４】
・半導体装置の製造方法は、コンタクトホールを形成する前の工程、即ちトランジスタの不純物拡散層を形成した後、不純物拡散層に直接タングステン膜を形成する工程にも適用してもよい。
【図１】
2011013811.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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